[论文解读] Simulating Supersymmetry with ISAJET 7.0/ ISASUSY 1.0

Howard Baer, F. Paige+2 more|ArXiv.org|May 28, 1993

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 19

一句话总结

本文介绍了 ISAJET 7.0/ISASUSY 1.0，这是一个针对强子对撞机上最小超对称标准模型（MSSM）中超对称性的综合模拟框架。它支持超荷子产生与衰变的事件生成，整合了 R-奇偶性守恒的 MSSM 物理，提供参数设置、质量谱计算和衰变分支比分析的工具，并计划未来扩展至 $e^+e^-$ 碰撞模拟。

ABSTRACT

We review the physics assumptions and input used in ISAJET~7.0 / ISA\-SUSY~1.0 that are relevant for simulating fundamental processes within the framework of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) at $p\bar p$ and $pp$ colliders. After a brief discussion of the underlying MSSM framework, we discuss event simulation and list the sparticle production processes and decay modes that have been incorporated into our calculations. We then describe how to set up and run an ISAJET / ISASUSY job and the user input and output formats. The ISAJET program is sufficiently flexible that some non-minimal supersymmetry scenarios may be simulated as well. Finally, plans for future upgrades which include the extension to $e^+ e^-$ collisions, are listed.

研究动机与目标

• 开发适用于质子-反质子和质子-质子对撞机上 MSSM 中超对称粒子产生与衰变的稳健模拟框架。
• 基于 MSSM 规范量子数和 R-奇偶性守恒，实现对超荷子截面和衰变模式的精确建模。
• 为用户提供灵活的工具，用于设置和运行超荷子事件模拟，包括质量谱和衰变分支比计算。
• 通过可自定义参数和 FORCE 命令，支持非最小超对称（SUSY）场景的模拟，以覆盖默认衰变模式的替代。
• 为未来扩展奠定基础，包括 $e^+e^-$ 对撞机模拟和 Higgs 与超费米子区段建模的改进。

提出的方法

• 在 ISAJET 7.0 中实现 MSSM 框架，包括超荷子质量、混合角以及 R-奇偶性守恒，以确保轻希格斯粒子（LSP）的稳定性。
• 基于规范相互作用引入超荷子产生截面，并施加运动学和相空间约束。
• 使用 ISASUSY 1.0 模块独立计算质量、部分宽度和分支比，与主事件生成器解耦。
• 集成 FORCE 命令以覆盖默认衰变模式，支持 R-奇偶性破坏场景或特定衰变道的模拟。
• 利用 COMMON 块和 RDTAPE 子程序，将事件级数据存储和检索至 ISAJET.DAT，用于后续处理与分析。
• 采用模块化代码结构，支持规范费米子质量统一的修改，并可未来集成扩展的 Higgs 体系或新粒子。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在强子对撞机上准确模拟最小超对称标准模型（MSSM）中超荷子的产生与衰变？
• RQ2 在 R-奇偶性守恒的 MSSM 假设下，超荷子的主要产生截面和衰变模式是什么？
• RQ3 如何可靠地建模最轻的超对称粒子（LSP），假设其为中性子 $\widetilde{Z}_1$，并使其作为稳定、弱相互作用的遗迹粒子？
• RQ4 ISAJET 7.0 在多大程度上能够模拟非最小超对称场景，如 R-奇偶性破坏模型或非统一规范费米子质量？
• RQ5 在模拟完整 MSSM 过程（包括 Higgs 和 selectron 对产生）方面，存在哪些关键局限性，以及未来需要哪些改进？

主要发现

• ISAJET 7.0/ISASUSY 1.0 框架成功模拟了 MSSM 中超荷子的产生与衰变，截面由规范量子数和 R-奇偶性守恒决定。
• 最轻的中性子 $\widetilde{Z}_1$ 被建模为稳定的 LSP，与宇宙学暗物质约束及 LEP 对右手中微子的排除结果一致。
• ISASUSY 1.0 基于输入参数（如 $m_{\tilde{g}}$、$m_{\tilde{q}}$、$\tan\beta$ 和 $\mu$）生成所有超荷子的完整质量谱、部分宽度和分支比。
• FORCE 命令允许用户覆盖默认衰变模式，从而支持 R-奇偶性破坏场景或特定衰变道（如 $\tilde{t}_1 \rightarrow c\widetilde{Z}_1$）的模拟。
• 代码结构支持未来扩展，包括 $e^+e^-$ 对撞机模拟、Higgs 体系建模改进，以及顶夸克超伴子和超轻子对产生过程的纳入。
• 若最轻中性子非 LSP，程序会发出警告，但不会标记已被 LEP 约束排除的参数选择。